hogyan szaporodnak a Mitochondia?
a mitokondriális replikációt az oldalsó sávban lévő rajzfilm ábrázolja, fent pedig egy elektronmikrográf mutatja. A mitokondriumok ugyanúgy replikálódnak, mint a bakteriális sejtek. Amikor túl nagyok lesznek, hasadáson mennek keresztül. Ez magában foglalja a belső, majd a külső membrán barázdálását, mintha valaki megcsípné a mitokondriumot. Aztán a két lány mitokondrium szétvált. Természetesen a mitokondriumoknak először meg kell replikálniuk DNS-üket. Ezt a következő részben részletesebben tárgyaljuk. Ezekben az ábrákban a barázdálási folyamatot ábrázoló elektronmikrográf látható. A fenti ábra vettünk Fawcett, egy tankönyv szövettani, Chapman and Hall, 12. kiadás, 1994
néha új mitokondriumokat szintetizálnak de novo olyan központokban, amelyek gazdagok a szintézisükhöz szükséges fehérjékben és poliriboszómákban. A fenti ábrán látható elektronmikrográf egy ilyen központot mutat. Úgy tűnik, hogy a mitokondriumok csoportja fehérjék és más anyagok mátrixában ül, amelyek a termelésükhöz szükségesek. Hogyan lehet bizonyítani, hogy az anyag abban a régióban mitokondriális fehérjéket termelt? Vissza a menühöz
bizonyos mitokondriális fehérjékre van szükség, mielőtt a mitokondriumok megosztódhatnak.
ezt Sorgo és Yaffe, a J Cell Bio tanulmánya igazolta. 126: 1361-1373, 1994. Megmutatták az MDM10 nevű mitokondriumokból származó külső membránfehérje eltávolításának eredményét. Ez az ábra mutatja az eredményeket. A mitokondriumok képesek komponenseket felvenni és membránokat és mátrix enzimeket termelni. A hasadás azonban nem megengedett. Így az eredmény egy óriási mitokondrium. Ezt az alábbi mikrográf mutatja be.
mitokondriális DNS és funkciója.
a mitokondriumok saját DNS-sel, riboszómákkal rendelkeznek, és sok saját fehérjét képesek előállítani. A DNS kör alakú, és a matrix.in punctate struktúrák úgynevezett “nukleoidok”. Minden nukleoid tartalmazhat 4-5 példányt a mitokondriális DNS-ből (mrdns).
a humán mitokondriális DNS 16,569 bp; számos mitokondriális fehérjét kódol
- citokróm oxidáz 1, 2 és 3 alegységét
- fo ATPáz 6, 8,9 alegységét
- a CoQH2-citokróm C reduktáz Apocytokróm b alegységét
- hét NADH-Coq reduktáz alegység
a mag kódolja a fennmaradó fehérjéket. A lipid nagy részét importálják (emlékezzünk a membránokhoz való lipid hozzáadásról szóló előadásokra). Ez a rajzfilm a szövegedből mutatja A nukleáris részvételt. A kiemelt címkék olyan gyógyszerek, amelyek felhasználhatók a folyamat blokkolására és a mitokondriális fehérje forrásának tesztelésére.
a mitokondriumoknak saját riboszómájuk és tRNS-jük is van:
- 22 tRNS-ek
- rRNS-ek
- 16S
- 12S
- 5S
(Magalhaes, pj; Andreu, AL, Schon EA, bizonyíték az 5 S rRNS jelenlétére emlős mitokondriumokban Mol Biol sejt 9: 2375-2382)
a bal oldali ábra mitokondriális riboszómákat mutat granulátumként a mitokondriumokban.
a szövegek még mindig azt mondják, hogy a mitokondriumoknak nincs 5S rRNS-je, azonban a fent idézett közelmúltbeli tanulmány bizonyítékokat mutat az 5S-re gondosan előkészített mitokondriális frakciókban. Ezek a dolgozók 5S-t találtak erősen tisztított mitokondriumokban és mitoplasztokban (mitokondriumok a külső membrán nélkül). Következtetés: az 5S rRNS-t mitokondriumokba importálják, de funkciója bizonytalan.
a mitokondriális DNS vizualizálása
a mitokondriális DNS
szerkezetének megjelenítéséhez ki kell vonnunk a mátrixban lévő fehérjéket, és fel kell tárnunk a DNS-t (nyilak a jobb oldali ábrán).
riboszómákat is láthatunk a körökben.
Alternatív megoldásként kivonhatjuk a DNS-t és lebegtethetjük a víz felszínén. Ezután egy műanyag bevonatú rács segítségével fel lehet venni, és elektronmikroszkóppal meg lehet vizsgálni. A mitokondriális kör alakú DNS-t a következő ábra mutatja. Ez elektronmikrográf venni Fawcett, a tankönyv a szövettan, Chapman and Hall, 12. kiadás, 1994.
mitokondriális öröklés
emlősökben a mitokondriális DNS (mtDNS) 99,99% – a öröklődik az anyától. Ez azért van, mert a sperma hordozza a mitokondriumok körül egy részét a farkát, és csak mintegy 100 mitokondriumok képest 100.000 a petesejt. A sejtek fejlődésével a hímekből származó mtDNS egyre több hígul. Ezért az mtDNS 104 vagy 0,01% – ának kevesebb mint egy része apai. Ez azt jelenti, hogy az mtDNS mutációi átadhatók anyáról gyermekre. Ennek következményei is vannak, ha az emlősök klónozását szomatikus sejtek felhasználásával végezzük. A nukleáris DNS a donor sejtből származik, de az mtDNS a gazdasejtből származik. Így klónozták Dolly-t, a bárányt.
van egy “Petite” nevű Élesztőtörzs, amelynek szerkezetileg rendellenes mitokondriumai vannak, amelyek nem képesek oxidatív foszforilációra. Ezek a mitokondriumok elvesztették DNS-jük egy részét vagy egészét. Az élesztőből származó mitokondriális öröklődés biparentális, és mindkét szülő sejt hozzájárul a leánysejtekhez, amikor a haploid sejtek összeolvadnak. A meiózis és a mitózis után a mitokondriumok véletlenszerűen eloszlanak a lánysejtekben. Ha a fúzió olyan élesztővel történik, amely vékony, az élesztő pedig nem, akkor a leánysejtek egy bizonyos százaléka “vékony” lesz.
az emlős mtDNS mutációi betegségeket okoznak, mivel a szekvenciában ilyen rövid szekvencia és nagyon nehéz információtartalom van. A sorozat következő mitokondrium-előadója sok időt tölt a mitokondriális genommal. Mivel minden sejt több száz mitokondriumot és több ezer példányt tartalmaz a genomból, a mutált mitokondriumok hatásai hígíthatók. Ahogy az várható volt, azok a szövetek vagy szervek, amelyek valószínűleg érintettek, leginkább függenek az oxidatív foszforilációtól (ATP termelés). Fiataloknál előfordulhat, hogy nem veszik fel, mert még egy 15% – os normál mitokondriummal rendelkező személynek is elegendő lehet ahhoz, hogy egészséges legyen. Az öregedő betegek azonban súlyosabb betegség fenotípust mutathatnak.
néhány példa a betegségekre:
- Leber örökletes optikai neuropátiája (a látóideg degenerációja, növekvő vakság kíséretében): a NADH-C0Q reduktáz 4.alegységét kódoló gén mutációja okozza.
- a szaggatott mozgásokkal járó”rongyos izomrostokat” a mitokondriális lizin tRNS mutációja okozza.
- Kaerns-Sayre-szindróma: szembetegségek, rendellenes szívverés, központi idegrendszeri degeneráció. Számos nagy törlés az mtDNS-ben.
meg lehet-e javítani a sérült mitokondriális DNS-t?
a jelenlegi tanulmányok szerint igen.
- Meeusen, S, Tieu, Q, Wong E, Weiss, e, Schieltz, D, Yates, JR és Nunnari, J. az Mgm101p a MITOKONRIÁLIS nukleoid új komponense, amely megköti a DNS-t és szükséges az oxidatívan sérült mitokondriális DNS javításához. J Cell Biol 145: 291-304 (1999)
- az Mgm jelentése “mitokondriális genom karbantartás”. Élesztősejtekben fedezték fel, miközben olyan mutánsokat kerestek, amelyek a mitokondriális DNS hőmérséklet-érzékeny elvesztését okozták.
- fuzionált Mgm101 zöld fluoreszcens fehérjéhez, és megállapította, hogy a punctate “nukleoid” struktúrákban lokalizálódott. A lokalizáció átfedésben van a DNS-detektáló rendszerekkel.
- miután a fehérjeszűrés megtalálta az Mgm101-et, megvizsgálták, hogy annak elvesztése hogyan befolyásolta a légzési kompetenciát. Nyilvánvaló, hogy a fehérjére szükség volt a működéshez, de nem tudják pontosan, mi a szerepe ezen a ponton.
- megnézte a COOH terminál régióját, és látta, hogy nagyon alapvető. Ez azt sugallta, hogy az Mgm101p képes lehet megkötni a DNS-t. Összehasonlította a DNS-cellulózoszlopokhoz való kötődését (magas sótartalmú körülmények között) egy másik ismert DNS-kötő fehérjével, és megerősítette, hogy mindkét fehérje viszonylag nagy affinitással kötődik.
mi történik a régi, elhasználódott mitokondriumokkal?
a mitokondriális számokat autofágia szabályozza. Ez egy olyan folyamat, amelynek során a lizoszómák részt vesznek a sejtkomponensek szabályozásában. Ez az ábra a folyamatot mutatja; a Fawcett, a texture of Histology, Chapman and Hall, 12th edition, 1994-ből származik.
a folyamat az endoplazmatikus retikulum membránok csomagolásával kezdődik a mitokondrium körül. Ezután a vezikulák a Golgi-komplexből származnak, és csatlakoznak az autofágikus vakuolához. Ezek a vezikulák hidrolázokat tartalmaznak, amelyek a vezikulummembránokban a mannóz-6-foszfát receptorokhoz kapcsolódnak. A lizoszóma weboldala ismerteti funkciójukat és sorsukat. Emlékezzünk vissza, hogy összeolvadnak az autofág vacuolával. A sav pH-ja ezután lehetővé teszi a hidrolázok eltávolítását receptoraikból. A receptorokat más vezikulákban visszavezetik a Golgi komplexbe.
időközben a lizoszóma kialakul, amikor a pH csökken, és a sejtek elkezdenek lebontani a tartalmat. Emlékezzünk arra, hogy a lizoszómák LAMP+, de nem hordozzák az MPR-t, mert ezeket újrahasznosították a Golgi komplexumba. Milyen szőrzet található az autofág vakuolába vezető transzport vezikulumok körül?
További információ:
Gwen Childs, Ph. D., FAAA
professzor és elnök
Neurobiológiai és Fejlődéstudományi Tanszék
Arkansasi Egyetem Orvostudományi Kar
Little Rock, AR 72205
kérdéseivel forduljon ehhez az e-mail címhez: